JP4729423B2 - Optical interferometer - Google Patents
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Description
本発明は、光学干渉計に関する。具体的には、測定対象物の厚み変化を測定する光学干渉計に関する。 The present invention relates to an optical interferometer. Specifically, the present invention relates to an optical interferometer that measures a change in thickness of a measurement object.
被検面の凹凸を測定するための装置として光学干渉計が知られている(例えば、特許文献1)。
図8は、マイケルソン型の光学干渉計10を示す図である。
図8において、光源11から発射された光は、コリメートレンズ系12によって平行光束となった後、ハーフミラー13を通過し、途中のレンズ14によって絞られてワークWに照射される。ワークWに照射された光は、ワークWによって反射され、物体光Laとなり、ハーフミラー13に反射されて干渉縞取得部に入射する。ここで、レンズ14とワークWとの間にはビームスプリッタ16と参照ミラー17とが配設されている。そして、レンズ14を通過した光のうちビームスプリッタ16を通過した光はワークWに照射されて物体光Laとなるのに対し、ビームスプリッタ16にて反射された光は参照ミラー17に入射して反射され参照光Lbとなる。
参照光Lbは、ビームスプリッタ16にて再び反射され、ハーフミラー13を介して干渉縞取得部15に入射する。干渉縞取得部15では、物体光Laと参照光Lbとが干渉して生成される干渉縞をCCDカメラ(不図示)による撮像などで取得する。そして、干渉縞の縞間隔等を解析することによってワーク表面の凹凸を求めることができる。
An optical interferometer is known as an apparatus for measuring unevenness of a test surface (for example, Patent Document 1).
FIG. 8 is a diagram illustrating a Michelson-type optical interferometer 10.
In FIG. 8, the light emitted from the
The reference light Lb is reflected again by the
このように光学干渉計10を用いてワーク表面の凹凸を求めることができるところ、さらに、ワークWの厚み変化を知りたいという要求がある。例えば、半導体ウェハの厚み変化などを知りたい場合である。このようにワークWの厚み変化を知りたい場合に、例えば、図8の光学干渉計10によってワークWの表裏面を交互に測定することが考えられる。すなわち、図8の光学干渉計10によってワーク表面のおもて面を測定する。さらに、ワークWをひっくり返してワーク裏面の凹凸を測定する。そして、ワークWおもて面とワーク裏面との形状データを合成することによって、ワークの厚み変化を知ることができると考えられる。 Thus, the unevenness of the workpiece surface can be obtained using the optical interferometer 10, and there is a further demand for knowing the thickness change of the workpiece W. For example, it is necessary to know a change in the thickness of a semiconductor wafer. In this way, when it is desired to know the thickness change of the workpiece W, for example, it is conceivable to alternately measure the front and back surfaces of the workpiece W by the optical interferometer 10 of FIG. That is, the front surface of the workpiece surface is measured by the optical interferometer 10 shown in FIG. Furthermore, the workpiece W is turned over and the unevenness on the back surface of the workpiece is measured. And it is thought that the thickness change of a workpiece | work can be known by synthesize | combining the shape data of the workpiece | work W front surface and a workpiece back surface.
ワークWをひっくり返してワークおもて面Saおよびワークうら面Sbを測定することにより、おもて面Saとうら面Sbとのそれぞれの凹凸データを得ることはできる。
しかしながら、測定データを合成する際におもて面データDaのポイントとうら面データDbのポイントとを対応させることができなければ、ワークWの厚み変化を求めることはできない。すなわち、図9のごとくおもて面データDaとうら面データDbとを得たとしても、おもて面データDaとうら面データDbとで同軸上のポイントが特定できなければ、ワークWの厚み変化を求めることができない。
図9中において、点A1におけるおもて面データに対し、うら面データにおける同軸上の点が点A2であるとする。点A1のおもて面データDaと点A2のうら面データDbとを対応させれば、ワークWの厚みに対応したデータを得ることができる。よって、このようにおもて面データDaとうら面データDbとで同軸上のデータ同士を対応させていけば、ワークWの厚み変化を求めることができる。
しかし、点A1に対する同軸上の点が正確に特定できない場合に、点A1に対して軸線からずれた点である点B2を対応させるようなことがあると、ワークWの厚み変化を求めることはできない。
By turning the workpiece W upside down and measuring the workpiece front surface Sa and the workpiece back surface Sb, it is possible to obtain the unevenness data of the front surface Sa and the back surface Sb.
However, the thickness change of the workpiece W cannot be obtained unless the points of the surface data Da and the points of the back surface data Db can be matched when combining the measurement data. That is, even if the front surface data Da and the back surface data Db are obtained as shown in FIG. 9, if a point on the same axis cannot be specified by the front surface data Da and the back surface data Db, The thickness change cannot be obtained.
In FIG. 9, it is assumed that the point on the same axis in the back surface data is the point A2 with respect to the front surface data at the point A1. If the front surface data Da of the point A1 and the back surface data Db of the point A2 are made to correspond, data corresponding to the thickness of the workpiece W can be obtained. Therefore, the thickness change of the workpiece W can be obtained by making the data on the same axis correspond to each other by the front surface data Da and the back surface data Db.
However, when a point on the same axis as the point A1 cannot be accurately specified, if the point B2 that is a point deviated from the axis is associated with the point A1, the thickness change of the workpiece W can be obtained. Can not.
あるいは、図10に示されるように、ワークWを挟んでおもて面側とワークうら面側とに光学干渉計10を配設することが考えられる。そして、予め表裏面において同軸ポイントが対応付けられているオプティカルフラット(不図示)を用意し、ワークWを測定する前にこのオプティカルフラットの表裏両面を測定しておいて、おもて面側データDaとうら面側データDbとでポイントの対応付けを行っておけばよいとも考えられる。
しかしながら、表裏の両面が高精度にフラットでうねりもなく、表裏面の対応付けが高精度に行われたオプティカルフラットを用意することはそもそも困難である。
したがって、このようにワークWを挟んで2つの光学干渉計10を配置しても、おもて面データDaとうら面データDbとを同軸上で対応させてワークWの厚み変化を求めることは困難である。
Alternatively, as shown in FIG. 10, it is conceivable to arrange the optical interferometer 10 on the front surface side and the work back surface side with the work W interposed therebetween. An optical flat (not shown) with coaxial points associated with the front and back surfaces is prepared in advance, and both front and back surfaces of the optical flat are measured before measuring the workpiece W. It is considered that the points should be associated with Da and the back side data Db.
However, it is difficult in the first place to prepare an optical flat in which both front and back surfaces are flat and undulate with high accuracy and the front and back surfaces are associated with each other with high accuracy.
Therefore, even if the two optical interferometers 10 are arranged with the workpiece W sandwiched in this way, it is possible to obtain the change in the thickness of the workpiece W by matching the front surface data Da and the back surface data Db on the same axis. Have difficulty.
さらには、おもて面側の光学干渉計10とうら面側の光学干渉計10とでは、それぞれが参照ミラー17を備えている。
ここで、干渉縞によって得られる凹凸変化は、参照ミラー17とワーク表面との凹凸および傾きの差である。
したがって、おもて面側の光学干渉計10とうら面側の光学干渉計10とで参照ミラー17の凹凸および傾きに差があっては、おもて面データDaとうら面データDbとを合成してもワークWの厚み変化に参照ミラー同士の凹凸および傾き差を加算した値が求められるだけである。つまり、ワークの厚み変化だけを求めることができない。
もちろん、オプティカルフラットを用意して参照ミラー17の凹凸および傾きを予め求めておくことも考えられるが、前述のように、そもそも高精度のオプティカルフラットを用意することが困難である。
Further, the front surface side optical interferometer 10 and the back surface side optical interferometer 10 each include a
Here, the unevenness change obtained by the interference fringes is a difference in unevenness and inclination between the
Therefore, if there is a difference in the unevenness and inclination of the
Of course, it is conceivable to prepare an optical flat and obtain the unevenness and inclination of the
以上のような問題のため、ワークの厚み変化を求めるニーズに応えることはできなかった。 Due to the above problems, it was not possible to meet the needs for changing the thickness of the workpiece.
本発明の目的は、ワークの厚み変化を求めることができる光学干渉計を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical interferometer that can determine a change in the thickness of a workpiece.
本発明の光学干渉計は、ワークの厚み変化を測定する光学干渉計であって、ワークのおもて面側に配設される第1光学干渉計と、ワークのうら面側に配設される第2光学干渉計と、を備え、前記第1光学干渉計と前記第2光学干渉計とは、光発射部と、前記光発射部と前記ワークとの間に配設され参照面を有するとともにこの参照面による反射光である参照光とワークからの反射光である物体光との偏光方向を直角とする偏光分離手段と、前記参照光と前記物体光とを干渉させた干渉縞を取得する干渉縞取得部と、を備え、前記第1光学干渉計の前記偏光分離手段と前記第2光学干渉計の前記偏光分離手段とは偏光軸が非平行の状態で配置され、ワークが配置されない状態では、前記第1光学干渉計の前記偏光分離手段が有する前記参照面が前記第2光学干渉計からの光を反射して物体光を生成し、前記第2光学干渉計の前記偏光分離手段が有する前記参照面が前記第1光学干渉計からの光を反射して物体光を生成することを特徴とする。 The optical interferometer of the present invention is an optical interferometer that measures a change in the thickness of a workpiece, and is disposed on the front surface side of the workpiece and the back surface side of the workpiece. A second optical interferometer, wherein the first optical interferometer and the second optical interferometer are disposed between a light emitting unit, the light emitting unit, and the workpiece, and have a reference surface. In addition, polarization separation means for making the polarization direction of the reference light, which is the reflected light from the reference surface, and the object light, which is the reflected light from the workpiece, perpendicular to each other, and interference fringes obtained by causing the reference light and the object light to interfere with each other are obtained. An interference fringe acquisition unit, and the polarization separation unit of the first optical interferometer and the polarization separation unit of the second optical interferometer are arranged in a state in which the polarization axes are not parallel, and no workpiece is arranged. In the state, the reference surface of the polarization separation means of the first optical interferometer is The light from the second optical interferometer is reflected to generate object light, and the reference surface of the polarization separation means of the second optical interferometer reflects the light from the first optical interferometer to generate an object light. It is characterized by generating light.
このような構成において、ワークがセットされている状態では、第1光学干渉計によりワークおもて面の形状を反映した干渉縞が取得され、また、第2光学干渉計によりワークうら面の形状を反映した干渉縞が取得される。
まず、光発射部から発射された光は、偏光分離手段に入射する。そして、偏光分離手段に入射した光のうち一部は偏光分離手段の参照面によって反射されて参照光となる。また、偏光分離手段に入射した光のうち残りは偏光分離手段からワークに照射されたのち、ワークにて反射されて物体光となる。このとき、参照光と物体光との偏光方向は直角となり、互いに干渉しない無干渉光となる。
この参照光と物体光とが干渉縞取得部に入射する。そして、例えば、偏光板を通過させることによって参照光と物体光とを干渉させると、干渉縞取得部によって干渉縞が取得される。このようにして、第1光学干渉計によりワークおもて面の形状を反映した干渉縞が取得され、第2光学干渉計によりワークうら面の形状を反映した干渉縞が取得される。
In such a configuration, when the workpiece is set, interference fringes reflecting the shape of the workpiece front surface are obtained by the first optical interferometer, and the shape of the workpiece back surface is obtained by the second optical interferometer. Is obtained.
First, the light emitted from the light emitting unit enters the polarization separation means. A part of the light incident on the polarization separation means is reflected by the reference surface of the polarization separation means to become reference light. Further, the remainder of the light incident on the polarization separation means is irradiated onto the work from the polarization separation means and then reflected by the work to become object light. At this time, the polarization directions of the reference light and the object light are perpendicular to each other and become non-interfering lights that do not interfere with each other.
The reference light and the object light enter the interference fringe acquisition unit. For example, when the reference light and the object light are caused to interfere by passing through the polarizing plate, the interference fringe acquisition unit acquires the interference fringes. In this way, an interference fringe reflecting the shape of the workpiece front surface is obtained by the first optical interferometer, and an interference fringe reflecting the shape of the workpiece back surface is obtained by the second optical interferometer.
次に、ワークをセットしない状態について説明する。
ワークをセットしない場合、ワークがないので第1光学干渉計からの光は第2光学干渉計に達することになる。第1光学干渉計の偏光分離手段に入射した光のうち一部は参照面によって反射されて参照光となることはワークがセットされている場合と同じである。これに対し、第1光学干渉計の偏光分離手段に入射した光のうちワークに照射されるべき光は、第2光学干渉計に達する。そして、この光は第2光学干渉計の偏光分離手段が有する参照面によって反射されて第1光学干渉計に再帰される。
第2光学干渉計から第1光学干渉計に再帰された光は、物体光として干渉縞取得部に入射する。すると、第1光学干渉計において、この物体光と参照光とが干渉した干渉縞が取得される。第2光学干渉計においても、ワークがないので第2光学干渉計からの光は第1光学干渉計に達し、第1光学干渉計の偏光分離手段が有する参照面による物体光と、第2光学干渉計の偏光分離手段が有する参照面による参照光と、が干渉した干渉縞が取得される。すなわち、ワークをセットしない状態においては、第1光学干渉計においても第2光学干渉計においても2つの偏光分離手段がそれぞれ有する参照面からの反射光が干渉した干渉縞を取得することになる。よって、ワークをセットしない状態においては、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで取得する干渉縞は同じである。
Next, a state where no workpiece is set will be described.
When no work is set, the light from the first optical interferometer reaches the second optical interferometer because there is no work. A part of the light incident on the polarization separation means of the first optical interferometer is reflected by the reference surface to become reference light, which is the same as when the work is set. On the other hand, of the light incident on the polarization separation means of the first optical interferometer, the light to be irradiated on the work reaches the second optical interferometer. Then, this light is reflected by the reference surface of the polarization separation means of the second optical interferometer and returned to the first optical interferometer.
The light returned from the second optical interferometer to the first optical interferometer enters the interference fringe acquisition unit as object light. Then, in the first optical interferometer, interference fringes in which the object light and the reference light interfere are acquired. Even in the second optical interferometer, since there is no work, the light from the second optical interferometer reaches the first optical interferometer, and the object light by the reference surface included in the polarization separation means of the first optical interferometer and the second optical interferometer Interference fringes in which the reference light from the reference surface of the polarization separation means of the interferometer interferes are acquired. That is, in a state where no workpiece is set, interference fringes in which reflected light from the reference surfaces of the two polarization separation means interfere with each other in both the first optical interferometer and the second optical interferometer. Therefore, when the workpiece is not set, the interference fringes acquired by the first optical interferometer and the second optical interferometer are the same.
このような本発明によれば、同軸上の点同士の対応付けを行ったうえでワークおもて面データとワークうら面データとを合成することにより、ワーク厚み変化を正確に求めることができる。
第1光学干渉計によりワークおもて面データを得て、第2光学干渉計によりワークうら面データを得るところ、ワークおもて面データとワークうら面データとを合成してワークの厚み変化を求めるにあたっては、ワークおもて面データとワークうら面データとで同軸上の点が対応づけられていなければならない。おもて面とうら面とで軸がずれた状態でデータを合成しても、正しくワークの厚み変化を求めていることにはならないからである。
According to the present invention, the workpiece thickness change can be accurately obtained by combining the workpiece front surface data and the workpiece back surface data after associating the points on the same axis. .
Work surface data is obtained by the first optical interferometer, and work back surface data is obtained by the second optical interferometer. The work front surface data and the work back surface data are synthesized to change the thickness of the work. In order to obtain the point, the points on the same axis must be associated with the workpiece front surface data and the workpiece back surface data. This is because, even if the data is synthesized with the front and back surfaces being shifted in axis, the thickness change of the workpiece is not correctly obtained.
この点、本発明にあっては、ワークをセットしない状態では、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで取得する干渉縞は同じであるので、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで取得したデータの同じ点を対応させることにより、データ上の同軸ポイントを対応付けることができる。例えば、干渉縞取得部の位置が第1光学干渉計と第2光学干渉計とでずれている場合、同じ干渉縞を撮像しても撮像画面中の位置がずれることになるが、同じ干渉縞を撮像しているはずであるので、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで撮像画面中において同軸上の点同士のピクセル対応関係を求めることができる。
このように第1光学干渉計と第2光学干渉計とで撮像画面中のピクセル対応関係を求めたうえで、ワークをセットして第1光学干渉計と第2光学干渉計とによってワークおもて面データとワークうら面データとを取得する。そして、既に求めた同軸上の点同士の対応を考慮してワークおもて面データとワークうら面データとを合成することにより、ワークの厚み変化を求めることができる。
In this regard, in the present invention, when the workpiece is not set, the interference fringes acquired by the first optical interferometer and the second optical interferometer are the same, and therefore the first optical interferometer and the second optical interference are the same. By associating the same point of the data acquired with the meter, the coaxial point on the data can be associated. For example, when the position of the interference fringe acquisition unit is shifted between the first optical interferometer and the second optical interferometer, the position in the imaging screen is shifted even if the same interference fringe is imaged. Since the first optical interferometer and the second optical interferometer can obtain the pixel correspondence relationship between the coaxial points in the imaging screen.
As described above, after the pixel correspondence relationship in the imaging screen is obtained by the first optical interferometer and the second optical interferometer, the work is set and the work is performed by the first optical interferometer and the second optical interferometer. The surface data and the back surface data of the work are acquired. Then, the thickness change of the workpiece can be obtained by synthesizing the workpiece front surface data and the workpiece back surface data in consideration of the correspondence between the already determined points on the same axis.
また、本発明によれば、第1光学干渉計が有する参照面の凹凸と第2光学干渉計が有する参照面の凹凸との差に関わり無く、ワークの厚み変化を高精度に求めることができる。ワークをセットした状態において、第1光学干渉計によってワークおもて面データを取得した場合、この干渉縞は、第1光学干渉計の参照面とワークおもて面とのギャップ変化に基づく縞である。同様に、第2光学干渉計によってワークうら面データを取得した場合、この干渉縞は、第2光学干渉計の参照面とワークうら面とのギャップ変化に基づく縞である。
そのため、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで参照ミラーの凹凸に差があった場合、おもて面データとうら面データとを合成してもワークの厚み変化に2つの参照ミラーの凹凸差を加算した値が求められるだけであり、ワークの厚み変化だけを求めることができない。
Further, according to the present invention, it is possible to obtain a change in the thickness of the workpiece with high accuracy regardless of the difference between the unevenness of the reference surface of the first optical interferometer and the unevenness of the reference surface of the second optical interferometer. . When the workpiece front surface data is acquired by the first optical interferometer in the state where the workpiece is set, this interference fringe is a fringe based on a gap change between the reference surface of the first optical interferometer and the workpiece front surface. It is. Similarly, when the workpiece back surface data is acquired by the second optical interferometer, the interference fringes are fringes based on a gap change between the reference surface of the second optical interferometer and the workpiece back surface.
For this reason, if there is a difference in the unevenness of the reference mirror between the first optical interferometer and the second optical interferometer, the two reference mirrors can change the thickness of the workpiece even if the front surface data and the back surface data are combined. It is only possible to obtain a value obtained by adding the unevenness difference of the workpieces, and it is not possible to obtain only a change in the thickness of the workpiece.
この点、本発明においては、ワークをセットしない状態では、第1光学干渉計の参照面による反射光と第2光学干渉計の参照面による反射光とが干渉した干渉縞を得ることができる。したがって、ワークをセットしない状態で取得した干渉縞により、2つの参照面の凹凸差を求めることができる。よって、ワークおもて面データとワークうら面データとを合成した後に、さらに、2つの参照面の凹凸差を減じることにより、高精度にワークの厚み変化を求めることができる。 In this regard, in the present invention, when no workpiece is set, interference fringes in which the reflected light from the reference surface of the first optical interferometer interferes with the reflected light from the reference surface of the second optical interferometer can be obtained. Therefore, the unevenness difference between the two reference surfaces can be obtained from the interference fringes obtained without setting the workpiece. Therefore, after combining the workpiece front surface data and the workpiece back surface data, the thickness change of the workpiece can be obtained with high accuracy by further reducing the unevenness difference between the two reference surfaces.
本発明では、前記偏光分離手段は、互いに平行に配列された複数のワイヤーを有しこのワイヤーに平行な成分を反射するとともにワイヤーに垂直な成分を透過させるワイヤーグリッド型偏光板であり、前記第1光学干渉計と前記第2光学干渉計とでは前記ワイヤーグリッド型偏光板のワイヤー配列方向が非平行であることが好ましい。 In the present invention, the polarization separation means is a wire grid type polarizing plate having a plurality of wires arranged in parallel to each other and reflecting a component parallel to the wire and transmitting a component perpendicular to the wire. In the first optical interferometer and the second optical interferometer, the wire arrangement direction of the wire grid type polarizing plate is preferably non-parallel.
このような構成において、まず、ワークがセットされている状態について説明する。
光発射部から発射された光は、ワイヤーグリッドに入射する。そして、ワイヤーグリッドに入射する光のうち、ワイヤーに平行な成分はワイヤーグリッドによって反射される。ここに、ワイヤーグリッドの反射面が参照面となり、この参照面にて反射された光が参照光となる。また、ワイヤーグリッドに入射した光のうちワイヤーに垂直な成分はワイヤーグリッドを通過してワークに照射される。そして、ワークにて反射されて物体光となる。
ここで、参照光と物体光とは偏光方向が直角であるので、互いに干渉しない無干渉光束であるが、干渉縞取得部において参照光と物体光とを干渉させた干渉縞が取得される。
In such a configuration, first, a state where a workpiece is set will be described.
The light emitted from the light emitting unit enters the wire grid. Of the light incident on the wire grid, the component parallel to the wire is reflected by the wire grid. Here, the reflection surface of the wire grid serves as a reference surface, and the light reflected on the reference surface serves as reference light. Moreover, the component perpendicular | vertical to a wire among the light which injected into the wire grid passes through a wire grid, and is irradiated to a workpiece | work. Then, it is reflected by the work and becomes object light.
Here, since the polarization directions of the reference light and the object light are perpendicular, they are non-interfering light beams that do not interfere with each other, but an interference fringe obtained by causing the reference light and the object light to interfere with each other is obtained by the interference fringe obtaining unit.
次に、ワークをセットしない状態について説明する。
光発射部からワイヤーグリッドに入射した光のうち、ワイヤーに平行な成分が参照光として反射されるのはワークセット状態と同じである。光発射部からワイヤーグリッドに入射した光のうち、ワイヤーに垂直な成分はワイヤーグリッドを通過する。ワイヤーグリッドを通過した光は、ワークがないので反対側のワイヤーグリッドに達する。
ここで、第1光学干渉計と第2光学干渉計とではワイヤーグリッドのワイヤー配列方向が非平行である。
第1光学干渉計のワイヤーグリッドと第2光学干渉計のワイヤーグリッドとでワイヤーの方向が平行であると、第1光学干渉計のワイヤーグリッドを通過する光は第2光学干渉計のワイヤーグリッドも通過してしまうことになる。
Next, a state where no workpiece is set will be described.
Of the light incident on the wire grid from the light emitting part, the component parallel to the wire is reflected as the reference light in the same manner as in the work set state. Of the light incident on the wire grid from the light emitting part, the component perpendicular to the wire passes through the wire grid. The light that has passed through the wire grid reaches the wire grid on the opposite side because there is no workpiece.
Here, the wire arrangement direction of the wire grid is non-parallel between the first optical interferometer and the second optical interferometer.
When the direction of the wire is parallel between the wire grid of the first optical interferometer and the wire grid of the second optical interferometer, the light passing through the wire grid of the first optical interferometer is also the wire grid of the second optical interferometer. Will pass.
これに対し、本発明では、第1光学干渉計と第2光学干渉計とではワイヤーグリッドのワイヤー配列方向が非平行であるので、例えば、第1光学干渉計のワイヤーグリッドを通過した光が第2光学干渉計のワイヤーグリッドに入射すると、少なくとも一部は反射される。すると、この反射された光が物体光として第1光学干渉計に再帰する。第2光学干渉計から第1光学干渉計に再帰する光と、第1光学干渉計のワイヤーグリッドにて反射された参照光と、が干渉縞取得部において干渉して干渉縞が取得される。同様に、第2光学干渉計においても、第2光学干渉計のワイヤーグリッドにて反射された参照光と、第1光学干渉計から再帰する光と、が干渉縞取得部において干渉して干渉縞が取得される。 On the other hand, in the present invention, the wire arrangement direction of the wire grid is non-parallel between the first optical interferometer and the second optical interferometer, so that, for example, the light passing through the wire grid of the first optical interferometer is the first When incident on the wire grid of the two optical interferometer, at least a portion is reflected. Then, the reflected light returns to the first optical interferometer as object light. Interference fringes are acquired by interference between the light returning from the second optical interferometer to the first optical interferometer and the reference light reflected by the wire grid of the first optical interferometer at the interference fringe acquisition unit. Similarly, also in the second optical interferometer, the reference light reflected by the wire grid of the second optical interferometer and the light returning from the first optical interferometer interfere with each other in the interference fringe acquisition unit, resulting in interference fringes. Is acquired.
このような構成によれば、第1光学干渉計と第2光学干渉計とでワイヤーグリッドの偏光軸方向が非平行であるので、ワークをセットしない状態では、一方の光学干渉計のワイヤーグリッドを通過した光のうち少なくとも一部が他方の光学干渉計のワイヤーグリッドによって反射される。
これにより、ワークをセットしない状態では、第1光学干渉計においても第2光学干渉計においても同様に2つのワイヤーグリッドからの反射光による干渉縞を取得できる。
このように第1光学干渉計および第2光学干渉計にて同じ干渉縞を取得できるので、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで取得したデータの同軸点同士を対応づけることができる。
また、第1光学干渉計と第2光学干渉計とでそれぞれのワイヤーグリッドからの反射光同士を干渉させた干渉縞を得ることができるので、第1光学干渉計と第2光学干渉計とが有する参照面同士の凹凸差を求めることができる。よって、ワークおもて面データとワークうら面データとを合成した後に、さらに、参照面同士の凹凸差を減じることにより、高精度にワークの厚み変化を求めることができる。
According to such a configuration, since the polarization axis direction of the wire grid is non-parallel between the first optical interferometer and the second optical interferometer, the wire grid of one of the optical interferometers is not set when the workpiece is not set. At least a portion of the light that has passed is reflected by the wire grid of the other optical interferometer.
Thereby, in the state which does not set a workpiece | work, in both the 1st optical interferometer and the 2nd optical interferometer, the interference fringe by the reflected light from two wire grids can be acquired similarly.
Thus, since the same interference fringes can be acquired by the first optical interferometer and the second optical interferometer, the coaxial points of the data acquired by the first optical interferometer and the second optical interferometer can be associated with each other. .
In addition, since the first optical interferometer and the second optical interferometer can obtain interference fringes in which reflected lights from the respective wire grids interfere with each other, the first optical interferometer and the second optical interferometer The unevenness difference between the reference surfaces can be obtained. Therefore, after combining the workpiece front surface data and the workpiece back surface data, the thickness change of the workpiece can be obtained with high accuracy by further reducing the unevenness difference between the reference surfaces.
本発明では、前記第1光学干渉計の前記偏光分離手段と前記第2光学干渉計の前記偏光分離手段とは偏光軸が直交関係の状態で配置されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the polarization separation unit of the first optical interferometer and the polarization separation unit of the second optical interferometer are arranged in a state where the polarization axes are orthogonal to each other.
このような構成において、ワークがセットされていない場合について説明する。
光発射部から偏光分離手段に入射した光のうち偏光軸に平行な偏光成分の光は通過し、偏光軸に直交する偏光成分の光は反射される。
ここで、ワークがセットされていない状態では、例えば、第1光学干渉計の偏光分離手段を通過した光が第2光学干渉計の偏光分離手段に入射する。すると、第1光学干渉計の偏光分離手段と、第2光学干渉計の偏光分離手段とで偏光軸の方向が直交関係であるので、第1光学干渉計の偏光分離手段を通過した光は第2光学干渉計の偏光分離手段によって総て反射される。そして、第1光学干渉計と第2光学干渉計とでそれぞれの偏光分離手段からの反射光同士を干渉させた干渉縞を得ることができる。
A case where a workpiece is not set in such a configuration will be described.
Of the light incident on the polarization separation means from the light emitting part, the light of the polarization component parallel to the polarization axis passes, and the light of the polarization component orthogonal to the polarization axis is reflected.
Here, in a state in which the workpiece is not set, for example, light that has passed through the polarization separation unit of the first optical interferometer enters the polarization separation unit of the second optical interferometer. Then, since the polarization axis directions of the polarization separation means of the first optical interferometer and the polarization separation means of the second optical interferometer are orthogonal, the light that has passed through the polarization separation means of the first optical interferometer All are reflected by the polarization separation means of the two optical interferometer. And the interference fringe which made the 1st optical interferometer and the 2nd optical interferometer interfere with each other reflected light from each polarization separation means can be obtained.
このような構成によれば、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで偏光分離手段の偏光軸を直交関係にしているので、ワークをセットしていない状態において、一方の光学干渉計の偏光分離手段を通過した光を他方の光学干渉計の偏光分離手段によって100%反射することができる。したがって、ワークをセットしない状態において、光の利用効率がよく、また、鮮明な干渉縞を得ることができる。 According to such a configuration, since the polarization axes of the polarization separating means are orthogonal to each other between the first optical interferometer and the second optical interferometer, when one workpiece is not set, The light that has passed through the polarization separation means can be reflected 100% by the polarization separation means of the other optical interferometer. Therefore, in a state where no workpiece is set, the light utilization efficiency is high and clear interference fringes can be obtained.
本発明では、前記第1光学干渉計の前記光発射部と前記第2光学干渉計の前記光発射部とは、共用する一つの光源と、前記一つの光源からの光を分岐して前記第1光学干渉計と前記第2光学干渉計とのそれぞれの光路に導く導光手段と、を備えることが好ましい。 In the present invention, the light emitting unit of the first optical interferometer and the light emitting unit of the second optical interferometer may share one light source and light from the one light source to branch the first light source. It is preferable to include a light guide unit that guides the respective optical paths of the first optical interferometer and the second optical interferometer.
このような構成によれば、第1光学干渉計と第2光学干渉計とにおいて、同じ光源からの同じ光を使用することになるので、第1光学干渉計と第2光学干渉計とにおいて同じ波長の光を使用することができる。このように同じ波長の光を使用することにより、ワークをセットしない状態において、第1光学干渉計と第2光学干渉計とにおいて、全く同じ干渉縞を取得することができる。したがって、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで同じ干渉縞の同じ点同士を対応付けることにより、第1光学干渉計と第2光学干渉計とでデータ同士の同軸点を正確に対応づけることができる。 According to such a configuration, since the same light from the same light source is used in the first optical interferometer and the second optical interferometer, the same is used in the first optical interferometer and the second optical interferometer. Wavelength light can be used. By using light of the same wavelength in this way, exactly the same interference fringes can be obtained in the first optical interferometer and the second optical interferometer in a state where no workpiece is set. Therefore, by associating the same points of the same interference fringes between the first optical interferometer and the second optical interferometer, the first optical interferometer and the second optical interferometer accurately associate the coaxial points of the data. be able to.
ここで、偏光分離手段としては、例えば、1/4波長板としてもよい。偏光分離手段としては、光源からの光を反射して参照光を生成する機能と、参照光と物体光との偏光方向を直角する機能と、ワークを挟んで反対の光学干渉計から来た光を反射して入射経路と同一の経路で再帰させる機能と、を有していればよいからである。このような機能を有していれば、ワークが配置されない状態では、前記第1光学干渉計の前記偏光分離手段が有する前記参照面が前記第2光学干渉計からの光を反射して物体光を生成し、前記第2光学干渉計の前記偏光分離手段が有する前記参照面が前記第1光学干渉計からの光を反射して物体光を生成することができる。 Here, as the polarization separation means, for example, a quarter wavelength plate may be used. As polarization separation means, the function of reflecting the light from the light source to generate the reference light, the function of orthogonalizing the polarization direction of the reference light and the object light, and the light coming from the opposite optical interferometer across the workpiece This is because it has only to have a function of reflecting the light and recurring the same path as the incident path. If it has such a function, in a state where no work is arranged, the reference surface of the polarization separation means of the first optical interferometer reflects the light from the second optical interferometer to reflect object light. And the reference surface of the polarization separation means of the second optical interferometer can reflect the light from the first optical interferometer to generate object light.
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
図1は、本発明の光学干渉計に係る第1実施形態において、光学干渉計の構成を示す斜視図である。図2および図3は、光学干渉計の側面図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical interferometer in the first embodiment of the optical interferometer of the present invention. 2 and 3 are side views of the optical interferometer.
光学干渉計100は、ワークWのおもて面Sa側に配置される第1光学干渉計200と、ワークWのうら面Sb側に配置される第2光学干渉計300と、を備えている。第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とは基本的に同じ構成であり、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とはワークWを挟んで対称である。
The
第1光学干渉計200は、光発射部210と、参照面223を有するとともに偏光分離特性を有する偏光分離手段220と、干渉縞を取得する干渉縞取得部230と、光発射部210からの光を偏光分離手段220に向けて反射するとともに偏光分離手段側からの光を干渉縞取得部230に向けて透過させるビームスプリッタ240と、を備える。
The first
光発射部210は、レーザー光を発射する光源211と、光を導く光ファイバー212と、偏光板214と、半波長板215と、を備える。レーザー光源211から発射された光は、光ファイバー212によって導かれてビームスプリッタ240に入射する。
ここで、光ファイバー212の開口端213とビームスプリッタ240との間には、偏光板214と半波長板215とが配設され、偏光板214と半波長板215とにより偏光角45度の光束がビームスプリッタ240に入射する。
The
Here, a
偏光分離手段220は、ワイヤーグリッド220によって構成されている。
ワイヤーグリッド220は、光透過性板材221と、この光透過性板材221の一面において互いに平行に配列された複数のワイヤー222と、を有している。ワイヤー222の線幅は、例えば60nm程度であり、ワイヤー同士の間隔は例えば140nm程度である。そして、ワイヤーグリッド220に入射する光のうち、ワイヤー222に平行な成分はワイヤーグリッド220にて反射され、ワイヤー222に垂直な成分はワイヤーグリッド220を透過する。
ここで、第1光学干渉計200に設けられたワイヤーグリッドを第1ワイヤーグリッド220と称する。そして、第1ワイヤーグリッド220において、ワイヤー222は縦方向に配列されている。第1ワイヤーグリッド220によって反射される偏光をS波とし、第1ワイヤーグリッド220を透過する偏光をP波とする。
第1ワイヤーグリッド220によって光が反射されるところ、反射面が参照面223となる。
The polarization separation means 220 is constituted by a
The
Here, the wire grid provided in the first
When light is reflected by the
干渉縞取得部230は、例えば、偏光角45度の偏光板(不図示)と、CCDカメラ(不図示)と、を備えて構成されている。
The interference
なお、ビームスプリッタ240と第1ワイヤーグリッド220との間、および、ビームスプリッタ240と干渉縞取得部230との間にはそれぞれコリメートレンズ251、252が配設されている。
Collimating
第2光学干渉計300は、基本的に第1光学干渉計200と同様の構成である。
ここで、第2光学干渉計300もワイヤーグリッドを備えているところ、第2光学干渉計300のワイヤーグリッドを第2ワイヤーグリッド320と称する。
第2ワイヤーグリッド320のワイヤー322は、横方向に配列されている。そして、光軸に沿って見たとき、第2ワイヤーグリッド320のワイヤー配列方向と第1ワイヤーグリッド220のワイヤー配列方向とは直交関係にある。
The second
Here, when the second
The
また、第2光学干渉計300と第1光学干渉計200とでは、一つのレーザー光源211からの光を光ファイバー212によって分岐させて用いている。
In the second
なお、第2光学干渉計300と第1光学干渉計200とは対応する部品を備えているところ、第2光学干渉計300については300番代の符号を付し、その説明は割愛する。
Note that the second
このような構成を備える光学干渉計において、光の経路を説明する。
ここで、光学干渉計100を用いるにあたっては、ワークWを測定する測定モードと、光学干渉計100をキャリブレーションする校正モードと、がある。
まず、図2において、ワークWをセットした場合の測定モードについて説明する。ここで、基本的には、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とでは、光の経路についても基本的に同じであるので、第1光学干渉計200を例にして説明する。
In the optical interferometer having such a configuration, a light path will be described.
Here, when the
First, in FIG. 2, the measurement mode when the workpiece W is set will be described. Here, basically, the first
レーザー光源211から発射された光は、光ファイバー212を通って光ファイバー212の開口端213より発射される。光ファイバー212から出た光は、偏光板214を通過して直線偏光となり、さらに、半波長板215を通過して偏光角45度の光束となる。半波長板215を通過した光は、ビームスプリッタ240によって反射されてワークおもて面Saに向けて反射される。ビームスプリッタ240によって反射された光は、コリメートレンズ251によって平行光束となり、第1ワイヤーグリッド220に入射する。すると、第1ワイヤーグリッド220に入射した光のうち、第1ワイヤーグリッド220のワイヤー222に直交する成分は第1ワイヤーグリッド220を透過する。第1ワイヤーグリッド220を透過する光はP波であり、第1ワイヤーグリッド220を透過した光はワーク表面に照射された後、ワーク表面で反射されて物体光Laとして第1ワイヤーグリッド220に再帰し、第1ワイヤーグリッド220を透過する。
The light emitted from the
また、コリメートレンズ251から第1ワイヤーグリッド220に入射した光のうち、第1ワイヤーグリッド220のワイヤー222に平行な成分は、第1ワイヤーグリッド220にて反射される。第1ワイヤーグリッド220にて反射される光はS波であり、第1ワイヤーグリッド220にて反射されたS波は参照光Lbとなる。
In addition, among the light incident on the
ここで、ワークおもて面Saからの反射光である物体光(P波)Laと、第1ワイヤーグリッド220からの反射光である参照光(S波)Lbとは互いの偏光方向が直交しているので干渉せずに合波され、無干渉光束としてコリメータレンズ251を通ってビームスプリッタ240に入射する。ビームスプリッタ240に入射した光は、ビームスプリッタ240を透過した後、コリメータレンズ252を通って干渉縞取得部230に入射する。そして、干渉縞取得部230において、P波とS波との無干渉光束が干渉した干渉縞が取得される。
例えば、無干渉光束を偏光角45度の偏光板(不図示)によって干渉させ、干渉光をCCDカメラ(不図示)によって撮像する。
Here, the object light (P wave) La that is reflected light from the work front surface Sa and the reference light (S wave) Lb that is reflected light from the
For example, a non-interfering light beam is caused to interfere by a polarizing plate (not shown) having a polarization angle of 45 degrees, and the interference light is imaged by a CCD camera (not shown).
ここで、第2光学干渉計300における光の経路は、第1光学干渉計200における光の経路と基本的に同様である。ただし、第2ワイヤーグリッド320は、P波を反射してS波を透過させる。したがって、第2光学干渉計300において、ワークWにて反射される物体光LaはS波であり、第2ワイヤーグリッド320にて反射される参照光LbはP波である。
Here, the light path in the second
第1光学干渉計200によってワークおもて面Saの形状を反映した干渉縞が得られ、第2光学干渉計300によってワークうら面Sbの形状を反映した干渉縞が得られる。ワークおもて面Saの形状を反映した干渉縞をワークおもて面データDaとし、ワークうら面Sbの形状を反映した干渉縞をワークうら面データDbとする。ワークおもて面データDaおよびワークうら面データDbは、例えば、所定のメモリにそれぞれ記憶される。
The first
このとき、ワークおもて面データDaの干渉縞は、ワークおもて面Saと第1ワイヤーグリッド参照面223との形状差によって生じ、すなわち、ワークおもて面Saと第1ワイヤーグリッド参照面223との間のギャップ(d1)変化を反映している。
同様に、ワークうら面データDbの干渉縞は、ワークうら面Sbと第2ワイヤーグリッド320との形状差によって生じ、すなわち、ワークうら面Sbと第2ワイヤーグリッド参照面323との間のギャップ(d2)変化を反映している。
At this time, the interference fringes of the workpiece front surface data Da are caused by the shape difference between the workpiece front surface Sa and the first wire
Similarly, the interference fringes of the workpiece back surface data Db are generated due to a shape difference between the workpiece back surface Sb and the
次に、光学干渉計をキャリブレーションする校正モードについて説明する。
校正モードは、図3に示されるように、ワークを除いた状態で実行される。この場合、光の経路としては測定モードと基本的に同様である。ただし、第1光学干渉計200において、第1ワイヤーグリッド220を通過したP波は、第2ワイヤーグリッド320に入射する。すると、第2ワイヤーグリッド320はP波を反射させるので、第1ワイヤーグリッド220を通過したP波は第2ワイヤーグリッド320にて反射される。第1ワイヤーグリッド220にて反射されるS波と、第2ワイヤーグリッド320にて反射されるP波と、が第1光学干渉計200の干渉縞取得部230に入射する。そして、第1光学干渉計200の干渉縞取得部230において、干渉縞が取得される。
Next, a calibration mode for calibrating the optical interferometer will be described.
The calibration mode is executed with the workpiece removed, as shown in FIG. In this case, the light path is basically the same as in the measurement mode. However, in the first
また、第2光学干渉計300において、第2ワイヤーグリッド320を通過したS波は、第1ワイヤーグリッド220に入射する。すると、第1ワイヤーグリッド220はS波を反射させるので、第2ワイヤーグリッド320を通過したS波は第1ワイヤーグリッド220にて反射される。第2ワイヤーグリッド320にて反射されるP波と、第1ワイヤーグリッド220にて反射されるS波と、が第2光学干渉計300の干渉縞取得部330に入射する。そして、第2光学干渉計300の干渉縞取得部330において、干渉縞が取得される。
In the second
ここで、第1光学干渉計200にて取得される干渉縞は、第1ワイヤーグリッド220にて反射されるS波と第2ワイヤーグリッド320にて反射されるP波とが干渉して生成された縞である。したがって、第1ワイヤーグリッド220にて反射されるS波を参照光とみなし、第2ワイヤーグリッド320で反射されるP波を物体光とみるとき、第1光学干渉計200の干渉縞取得部230にて取得される干渉縞は、第1ワイヤーグリッド220と第2ワイヤーグリッド320との形状差によって生じ、すなわち、第1ワイヤーグリッド220と第2ワイヤーグリッド320とのギャップ(d0)変化を反映している。
Here, the interference fringes acquired by the first
また、第2光学干渉計300にて取得される干渉縞は、第2ワイヤーグリッド320にて反射されるP波と第1ワイヤーグリッド220にて反射されるS波とが干渉して生成された縞である。したがって、第2ワイヤーグリッド320で反射されるP波を参照光とみなし、第1ワイヤーグリッド220で反射されるS波を物体光とみるとき、第2光学干渉計300の干渉縞取得部330にて取得される干渉縞は、第2ワイヤーグリッド320と第1ワイヤーグリッド220との形状差によって生じ、すなわち、第2ワイヤーグリッド320と第1ワイヤーグリッド220とのギャップ(d0)変化を反映している。
Further, the interference fringes acquired by the second
このように、校正モードにおいて2つの干渉縞取得部230、330にて取得される干渉縞はどちらも第1ワイヤーグリッド220と第2ワイヤーグリッド320とのギャップ(d0)変化を反映しているので、ともに同じ干渉縞となる。
Thus, the interference fringes acquired by the two interference
第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とで撮像した干渉縞の例を図3中にそれぞれ示す。第1光学干渉計200にて取得された干渉縞Caと第2光学干渉計300にて取得された干渉縞Cbとでは、形状は同じあるが、例えば、干渉縞取得部230、330の取付位置がずれているなどにより、撮像画面上での位置がずれている場合がある。
このような場合、干渉縞の同じポイント同士を一対一で対応させる。すなわち、第1光学干渉計200における測定ポイントと第2光学干渉計300における測定ポイントとで同軸上の点同士を対応させる。例えば、撮像画面のピクセル同士で対応付けを行い、対応関係については所定のメモリに記憶させる。
Examples of interference fringes imaged by the first
In such a case, the same points of the interference fringes are made to correspond one to one. That is, the coaxial points of the measurement point in the first
また、第1光学干渉計200および第2光学干渉計300にて撮像される干渉縞は、第1ワイヤーグリッド220と第2ワイヤーグリッド320とのギャップ(d0)変化を反映しているところ、この干渉縞を校正用干渉縞として所定のメモリに記憶させる。
Further, the interference fringes imaged by the first
次に、ワークの厚み変化を求める演算について簡単に説明する。
校正モードにおいて、第1ワイヤーグリッド220と第2ワイヤーグリッド320とのギャップ変化に基づく2つの同じ干渉縞を第1光学干渉計200および第2光学干渉計300において取得しており、撮像画面におけるピクセル対応を行っている。これにより、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とによりそれぞれ取得した干渉縞のデータ同士において同軸上のポイントの対応付けが行われている。さらに、第1ワイヤーグリッド220と第2ワイヤーグリッド320とのギャップ(d0)変化が干渉縞によって算出される。
Next, the calculation for obtaining the workpiece thickness change will be briefly described.
In the calibration mode, two identical interference fringes based on the gap change between the
次に、測定モードにおいてワークWをセットし、第1光学干渉計200および第2光学干渉計300によりワークおもて面データDaとワークうら面データDbとをそれぞれ取得する。
ここで、ワークおもて面データDaは第1ワイヤーグリッド220とワークおもて面Saとの距離(d1)変化を表している。
また、ワークうら面データDbは第2ワイヤーグリッド320とワークうら面Sbとの距離(d2)変化を表している。そして、ワークおもて面データDaとワークうら面データDbとを合成して、ワークWの厚み変化を算出するにあたり、ワークおもて面データDaとワークうら面データDbにはワーク表裏面の形状に加えて第1ワイヤーグリッド220あるいは第2ワイヤーグリッド320の形状も含まれていることに注意する。すなわち、ワークおもて面の形状プロフィールSaとワークうら面の形状プロフィールSbとの同軸上の距離変化(厚み変化)TVは、次の式で表される。
Next, the workpiece W is set in the measurement mode, and the workpiece front surface data Da and the workpiece back surface data Db are acquired by the first
Here, the workpiece front surface data Da represents a change in the distance (d1) between the
The workpiece back surface data Db represents a change in the distance (d2) between the
TV=d0−(d1+d2) (式1) TV = d0− (d1 + d2) (Formula 1)
算出された厚み変化は所定の出力手段、例えば、モニタやプリンタによって出力される。 The calculated thickness change is output by a predetermined output means such as a monitor or a printer.
このような構成を備える第1実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
(1)ワークWをセットしない校正モードでは、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とで取得する干渉縞は同じであるので、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とで取得したデータの同じ点を対応させることにより、データ上の同軸ポイントを対応付けることができる。既に求めた同軸上の点同士の対応を考慮してワークおもて面データDaとワークうら面データDbとを合成することにより、ワークWの厚み変化を求めることができる。すなわち、校正モードにより同軸上の点同士の対応付けを行ったうえで、測定モードで得たワークおもて面データDaとワークうら面データDbとを合成することにより、ワーク厚み変化を正確に求めることができる。
According to 1st Embodiment provided with such a structure, there can exist the following effects.
(1) In the calibration mode in which the workpiece W is not set, since the interference fringes acquired by the first
(2)ワークWをセットしない校正モードでは、第1光学干渉計200の参照面223による反射光と第2光学干渉計300の参照面323による反射光とが干渉した干渉縞を得ることができる。したがって、校正モードで取得した干渉縞により、2つの参照面223、323の凹凸差を求めることができる。よって、ワークおもて面データDaとワークうら面データDbとを合成した後に、さらに、2つの参照面223、323の凹凸差を減じることにより、高精度にワークWの厚み変化を求めることができる。第1光学干渉計200が有する参照面223の凹凸と第2光学干渉計300が有する参照面323の凹凸との差に関わり無く、ワークWの厚み変化を高精度に求めることができる。
(2) In the calibration mode in which the workpiece W is not set, interference fringes in which the reflected light from the
(3)第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とでワイヤーグリッド220、320の偏光軸方向が直交関係にあるので、校正モードでは、一方の光学干渉計のワイヤーグリッドを通過した光のうち少なくとも一部が他方の光学干渉計のワイヤーグリッドによって反射される。これにより、ワークWをセットしない状態では、第1光学干渉計200においても第2光学干渉計300においても同様に2つのワイヤーグリッドからの反射光による干渉縞を取得できる。
(3) Since the polarization axis directions of the
(4)第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とにおいて、同じ光源211からの同じ光を使用するので、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とにおいて同じ波長の光を使用することができる。すると、同じ波長の光を使用することにより、校正モードにおいて、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とにおいて、全く同じ干渉縞を取得することができる。したがって、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とで同じ干渉縞の同じ点同士を対応付けることにより、第1光学干渉計200と第2光学干渉計300とでデータ同士の同軸点を正確に対応づけることができる。
(4) Since the same light from the same
(変形例1)
上記第1実施形態において、干渉縞取得部は、P波とS波とを干渉させる偏光板と、干渉縞を撮像するCCDカメラとを備えているとしたが、干渉縞取得部は、同時に異なる位相差の干渉縞を取得する位相シフト干渉縞取得部であってもよい。
位相シフト干渉縞取得部としては、例えば、図4に示す構成が例として挙げられる。
図4において、位相シフト干渉縞取得部400は、1/4波長板410と、複合偏光板420と、撮像手段としての複合CCDカメラ430と、を備えている。
1/4波長板410は、位相シフト干渉縞取得部に入射するS波の参照光とP波の物体光とを互いに回転方向が異なる円偏光にする。
複合偏光板420は、透過軸角度が互いに異なる4つの偏光板421〜424を一枚の板状にした偏光板であり、光路中に配設されることによって、光束の4つの部分が複合偏光板420の異なる透過軸角度の偏光板部分421〜424を通過する。
複合偏光板420を構成する4つの偏光板421〜424の透過軸角度は45度ずつ異なり、各偏光板421〜424の透過軸角度は0度、45度、90度、135度である。複合CCDカメラ430は、複合偏光板420を構成する各偏光板421〜424に対応して4つのCCDカメラ431〜434からなる。
(Modification 1)
In the first embodiment, the interference fringe acquisition unit includes the polarizing plate that causes the P wave and the S wave to interfere and the CCD camera that images the interference fringe. However, the interference fringe acquisition unit is different at the same time. A phase shift interference fringe acquisition unit that acquires interference fringes of a phase difference may be used.
As a phase shift interference fringe acquisition part, the structure shown in FIG. 4 is mentioned as an example, for example.
In FIG. 4, the phase shift interference
The quarter-
The composite
The four
例えば、第1光学干渉計200を例にして、S波である参照光とP波である物体光とが複合CCDカメラ431にて撮像されるまでの光路について説明する。
For example, taking the first
ビームスプリッタ240を通過した光(S波、P波)は、例えば、図示しない光線分岐手段によって4本の平行光束とされたのち、1/4波長板410に入射する。すると、P波の物体光とS波の参照光とは、1/4波長板410を通過することにより、回転方向が反対の円偏光となる。そして、回転方向が反対である円偏光の無干渉光束が複合偏光板420に入射し、光束の4つの部分がそれぞれ複合偏光板420の各偏光板部分421〜424を通過する。
無干渉光束が各偏光板部分421〜424を通過すると、この無干渉光束に含まれる参照光Lbと物体光Laとが干渉して干渉縞の像が生成される。このとき、複合偏光板420を構成する各偏光板421〜424の透過軸角度は45度ずつ異なるところ、干渉縞としては90度ずつ位相が異なる4つの干渉縞が生成される。干渉縞の像は複合CCDカメラ430に入射し、複合CCDカメラ430の各カメラ431〜434によって撮像される。すると、図5に示されるように、光束を4分割して、各分割部分で異なる位相の干渉縞が取得される。
The light (S wave, P wave) that has passed through the
When the non-interfering light beam passes through each of the
このように90度ずつ位相が異なる干渉縞が取得されるところ、校正モードおよび測定モードによって干渉縞を取得し、ワーク厚み変化を求めることができる。 Thus, when the interference fringes having different phases by 90 degrees are obtained, the interference fringes can be obtained by the calibration mode and the measurement mode, and the change in the workpiece thickness can be obtained.
(変形例2)
位相シフト干渉縞取得部としては、例えば、図6に示される構成であってもよい。
図6において、位相シフト干渉縞取得部500は、1/4波長板510と、結像レンズ520と、無干渉光束分割プリズム530と、第1から第3の偏光板541〜543と、第1から第3のCCDカメラ551〜553と、を備えている。
無干渉光束分割プリズム530は、第1の三角プリズム531と、第2の三角プリズム532と、台形型プリズム533と、が貼り合わされて構成されている。この無干渉光束分割プリズム530によって無干渉光は3つの光束に分割される。
ここで、プリズム531〜533の貼り合わせ面が半透過面となっている。
(Modification 2)
As a phase shift interference fringe acquisition part, the structure shown by FIG. 6 may be sufficient, for example.
In FIG. 6, the phase shift interference
The non-interfering light
Here, the bonding surfaces of the
第1から第3の偏光板541〜543は、無干渉光束分割プリズム530から射出される各光束の光路中に挿入されている。第1から第3の偏光板541〜543の透過軸角度は60度ずつ異なり、第1偏光板541の透過軸角度を0度とすると、第2偏光板542の透過軸角度は60度であり、第3偏光板543の透過軸角度は120度である。無干渉光束分割プリズム530による光束分割にて生成された第1から第3の光束がそれぞれ第1から第3の偏光板541〜543を通過することにより、それぞれの光束において物体光Laと参照光Lbとが異なる位相で干渉し、異なる位相の干渉縞が生成される。
第1から第3のCCDカメラ551〜553は、各偏光板541〜543を透過した各干渉縞を撮像する位置に配設されている。
The first to third
The first to
このような干渉縞取得部500により位相が60度ずつ異なる干渉縞が取得されるところ、校正モードおよび測定モードによって干渉縞を取得し、ワーク厚み変化を求めることができる。
When interference fringes having a phase difference of 60 degrees are obtained by the interference
(変形例3)
位相シフト干渉縞取得部としては、例えば、図7に示される構成であってもよい。
図7において、位相シフト干渉縞取得部600は、1/4波長板610と、光束を三つに分岐するハーフミラー621、622および反射ミラー623と、各光路中に配設された偏光板631〜633と、CCDカメラ641〜643と、を備える。
互いに直交する偏光方向を有する参照光Lbと物体光Laとが無干渉光束として1/4波長板610を通過する。無干渉光束がこの1/4波長板610を通過することにより、無干渉光束に含まれる互いに直交方向の振動方向を有する物体光Laと参照光Lbとが互いに反対の回転方向である円偏光となる。
1/4波長板610を通過した光は、光路上に配設された第1ハーフミラー621、第2ハーフミラー622および反射ミラー623によって3つの光束に分割される。分割された各光束の光路上には偏光板631、632、633およびCCDカメラ641、642、643が配設されている。
(Modification 3)
As a phase shift interference fringe acquisition part, the structure shown by FIG. 7 may be sufficient, for example.
In FIG. 7, the phase shift interference
Reference light Lb and object light La having polarization directions orthogonal to each other pass through quarter-
The light that has passed through the quarter-
ここで、第1ハーフミラー621にて反射された第1光束の光路上に配設される第1偏光板631と、第2ハーフミラー622にて反射された第2光束の光路上に配設される第2偏光板632と、反射ミラー623で反射された第3光束の光路上に配設される第3偏光板633と、はそれぞれ透過軸角度が異なっている。
例えば、第1偏光板631の透過軸角度を0度とすると、第2偏光板632の透過軸角度は45度であり、第3偏光板633の透過軸角度は90度である。すると、各CCDカメラ641〜643において90度ずつ位相が異なる3つの干渉縞の像が撮像される。そして、所定の解析手段に各干渉縞の画像を入力して、干渉縞上の各点における画像強度を3つの干渉縞で対比することにより、ワーク表面の位相情報が得られる。これにより、ワーク表面の形状が求められる。
Here, the first
For example, if the transmission axis angle of the
このように90度ずつ位相が異なる干渉縞が取得されるところ、校正モードおよび測定モードによって干渉縞を取得し、ワーク厚み変化を求めることができる。 Thus, when the interference fringes having different phases by 90 degrees are obtained, the interference fringes can be obtained by the calibration mode and the measurement mode, and the change in the workpiece thickness can be obtained.
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
偏光分離手段としては、ワイヤーグリッドを用いる場合を例にして説明したが、例えば、1/4波長板であってもよい。光発射部としては、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで一つの光源を共用する場合を説明したが、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで別個に光源を備えていてもよい。この場合、第1光学干渉計と第2光学干渉計とで光源の波長を一致させておくことが好ましい。このように第1光学干渉計と第2光学干渉計とで用いる光の波長を一致させておけば、校正モードにおいて第1光学干渉計と第2光学干渉計とで取得する干渉縞が同じになる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
As the polarization separation means, the case where a wire grid is used has been described as an example. However, for example, a quarter wavelength plate may be used. As the light emitting unit, the case where the first optical interferometer and the second optical interferometer share one light source has been described. However, the first optical interferometer and the second optical interferometer have separate light sources. May be. In this case, it is preferable to match the wavelength of the light source between the first optical interferometer and the second optical interferometer. In this way, if the wavelengths of light used in the first optical interferometer and the second optical interferometer are matched, the interference fringes acquired by the first optical interferometer and the second optical interferometer in the calibration mode are the same. Become.
本発明は、ワークの厚みを測定する光学干渉計に利用できる。 The present invention can be used in an optical interferometer that measures the thickness of a workpiece.
10…マイケルソン型光学干渉計、11…光源、12…コリメートレンズ系、13…ハーフミラー、14…レンズ、15…干渉縞取得部、16…ビームスプリッタ、17…参照ミラー、100…光学干渉計、200…第1光学干渉計、210…光発射部、211…光源、212…光ファイバー、213…開口端、214…偏光板、215…半波長板、220…(偏光分離手段)ワイヤーグリッド、221…光透過性板材、222…ワイヤー、223…参照面、230…干渉縞取得部、240…ビームスプリッタ、251…コリメータレンズ、252…コリメータレンズ、300…第2光学干渉計、310…レンズ、320…ワイヤーグリッド、322…ワイヤー、323…参照面、330…干渉縞取得部、400…位相シフト干渉縞取得部、410…1/4波長板、420…複合偏光板、430…複合CCDカメラ、500…干渉縞取得部、510…1/4波長板、520…結像レンズ、530…無干渉光束分割プリズム、531…第1三角プリズム、532…第2三角プリズム、533…台形型プリズム、541…偏光板、542…偏光板、543…偏光板、600…位相シフト干渉縞取得部、610…波長板、621…ハーフミラー、622…ハーフミラー、623…反射ミラー、631…偏光板、632…偏光板、633…偏光板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Michelson type optical interferometer, 11 ... Light source, 12 ... Collimating lens system, 13 ... Half mirror, 14 ... Lens, 15 ... Interference fringe acquisition part, 16 ... Beam splitter, 17 ... Reference mirror, 100 ... Optical interferometer , 200 ... first optical interferometer, 210 ... light emitting section, 211 ... light source, 212 ... optical fiber, 213 ... opening end, 214 ... polarizing plate, 215 ... half-wave plate, 220 ... (polarization separating means) wire grid, 221 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Light transmission board | plate material, 222 ... Wire, 223 ... Reference surface, 230 ... Interference fringe acquisition part, 240 ... Beam splitter, 251 ... Collimator lens, 252 ... Collimator lens, 300 ... 2nd optical interferometer, 310 ... Lens, 320 ... Wire grid, 322 ... Wire, 323 ... Reference plane, 330 ... Interference fringe acquisition unit, 400 ... Phase shift interference fringe acquisition unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1/4 wavelength plate, 420 ... Composite polarizing plate, 430 ... Composite CCD camera, 500 ... Interference fringe acquisition part, 510 ... 1/4 wavelength plate, 520 ... Imaging lens, 530 ... Non-interference light beam splitting prism, 531 ... first triangular prism, 532 ... second triangular prism, 533 ... trapezoidal prism, 541 ... polarizing plate, 542 ... polarizing plate, 543 ... polarizing plate, 600 ... phase shift interference fringe acquisition unit, 610 ... wavelength plate, 621 ... Half mirror, 622 ... half mirror, 623 ... reflection mirror, 631 ... polarizing plate, 632 ... polarizing plate, 633 ... polarizing plate.
Claims (4)
ワークのおもて面側に配設される第1光学干渉計と、
ワークのうら面側に配設される第2光学干渉計と、を備え、
前記第1光学干渉計と前記第2光学干渉計とは、
光発射部と、
前記光発射部と前記ワークとの間に配設され参照面を有するとともにこの参照面による反射光である参照光とワークからの反射光である物体光との偏光方向を直角とする偏光分離手段と、
前記参照光と前記物体光とを干渉させた干渉縞を取得する干渉縞取得部と、を備え、
前記第1光学干渉計の前記偏光分離手段と前記第2光学干渉計の前記偏光分離手段とは偏光軸が非平行の状態で配置され、
ワークが配置されない状態では、
前記第1光学干渉計の前記偏光分離手段が有する前記参照面が前記第2光学干渉計からの光を反射して物体光を生成し、
前記第2光学干渉計の前記偏光分離手段が有する前記参照面が前記第1光学干渉計からの光を反射して物体光を生成する
ことを特徴とする光学干渉計。 An optical interferometer that measures changes in the thickness of a workpiece,
A first optical interferometer disposed on the front side of the workpiece;
A second optical interferometer disposed on the back side of the workpiece,
The first optical interferometer and the second optical interferometer are:
A light emitting part,
Polarization separating means having a reference surface disposed between the light emitting unit and the work and making the polarization direction of the reference light, which is reflected light from the reference surface, and the object light, which is reflected light from the work, at right angles When,
An interference fringe acquisition unit that acquires an interference fringe obtained by causing the reference light and the object light to interfere with each other;
The polarization separation means of the first optical interferometer and the polarization separation means of the second optical interferometer are arranged with the polarization axes being non-parallel,
When the workpiece is not placed,
The reference surface of the polarization separation means of the first optical interferometer reflects the light from the second optical interferometer to generate object light;
The optical interferometer, wherein the reference surface of the polarization separation means of the second optical interferometer reflects the light from the first optical interferometer to generate object light.
前記偏光分離手段は、互いに平行に配列された複数のワイヤーを有しこのワイヤーに平行な成分を反射するとともにワイヤーに垂直な成分を透過させるワイヤーグリッド型偏光板であり、
前記第1光学干渉計と前記第2光学干渉計とでは前記ワイヤーグリッド型偏光板のワイヤー配列方向が非平行である
ことを特徴とする光学干渉計。 The optical interferometer according to claim 1.
The polarization separation means is a wire grid type polarizing plate having a plurality of wires arranged in parallel to each other and reflecting a component parallel to the wire and transmitting a component perpendicular to the wire,
In the first optical interferometer and the second optical interferometer, the wire arrangement direction of the wire grid polarizer is non-parallel. The optical interferometer.
前記第1光学干渉計の前記偏光分離手段と前記第2光学干渉計の前記偏光分離手段とは偏光軸が直交関係の状態で配置されている
ことを特徴とする光学干渉計。 The optical interferometer according to claim 1 or 2,
The optical interferometer, wherein the polarization separation means of the first optical interferometer and the polarization separation means of the second optical interferometer are arranged in a state in which polarization axes are orthogonal to each other.
前記第1光学干渉計の前記光発射部と前記第2光学干渉計の前記光発射部とは、
共用する一つの光源と、
前記一つの光源からの光を分岐して前記第1光学干渉計と前記第2光学干渉計とのそれぞれの光路に導く導光手段と、を備える
ことを特徴とする光学干渉計。 The optical interferometer according to any one of claims 1 to 3,
The light emitting unit of the first optical interferometer and the light emitting unit of the second optical interferometer are:
One light source to share,
An optical interferometer, comprising: light guide means for branching light from the one light source and guiding the light to the respective optical paths of the first optical interferometer and the second optical interferometer.
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